Основные проблемы генетики и механизм воспроизводства жизни
влияние на несколько признаков, в том числе и на жизнеспособность.
Летальные мутации вызывают такие изменения в развитии, которые несовместимы
с жизнедеятельностью. Доминантные летальные гены трудны для изучения, и
сведения о них ограничены. Напротив, гены с рецессивным летальным действием
изучены гораздо лучше. Известно множество рецессивных мутаций у различных
организмов, которые никак себя не проявляют фенотипически. Существует также
очень много доминантных мутаций, имеющих в гетерозиготном состоянии четко
отличающийся фенотип, которые в гомозиготном состоянии вызывают летальный
эффект. Фаза летального действия, т.е. время, когда мутантный ген
реализуется, существенно варьирует: от самых первых этапов эмбрионального
развития до периода полового созревания. В некоторых случаях летальные гены
могут иметь более одной фазы летального действия. Это означает, что ген или
его продукты могут иметь несколько раз активно работать и использоваться в
ходе онтогенеза. Летальный эффект одних мутантных генов проявляется всегда,
другие показывают существенную зависимость от условий среды. У человека и
у других млекопитающих определенный рецессивный ген вызывает образование
внутренних спаек легких, что приводит к смерти при рождении. Другим
примером служит ген, который влияет на формирование хряща и вызывает
врожденные уродства, ведущие к смерти новорожденного.
Воздействие летального гена ясно видно на примере наследования окраски
шерсти у мышей. У диких мышей шерсть обычно серая, типа агути; но у
некоторых мышей шерсть желтая. При скрещивании между желтыми мышами в
потомстве получаются как желтые мыши, так и агути в отношении 2:1.
Единственное возможное объяснение таких результатов состоит в том, что
желтая окраска шерсти доминирует над агути, и что все желтые мыши
гетерозиготны. Атипичное менделевское отношение объясняется гибелью
гомозиготных желтых мышей до рождения. При вскрытии беременных желтых
мышей, скрещенных с желтыми же мышами, в их матках были обнаружены мертвые
желтые мышата. Если же скрещивались желтые мыши и агути, то в матках
беременных самок не оказывалось желтых мышат, поскольку при таком
скрещивании не может быть потомства, гомозиготного по гену желтой шерсти.
Мутации, характеризующиеся в гомозиготном состоянии летальным эффектом,
далеко не всегда фенотипически проявляются у гетерозигот. К их числу
относится комплекс рецессивных t- мутаций у мышей, локализованных в
аутосоме. Одной из самых ранних мутаций у млекопитающих, является мутация
t12, вызывающая гибель гомозигот уже на стадии морулы (~20-30 клеток).
Гетерозиготные животные [pic] имеют нормальный фенотип и жизнеспособность.
Летальные мутации обнаруживаются не только у животных. Наглядный пример,
иллюстрирующий летальное действие генов у растений, - явление хлорофильных
мутаций. У гомозиготных по хлорофильной мутации растений нарушен синтез
молекулы хлорофилла. Такие растения развиваются до тех пор, пока запасы
питательных веществ в семени не иссякают, поскольку они не способны к
фотосинтезу.
2.16. Значение мутаций
Хромосомные и генные мутации оказывают разнообразные воздействия на
организм. Во многих случаях эти мутации летальны, так как нарушают
развитие; у человека, например, около 20 % беременностей заканчиваются
естественным выкидышем в сроки до 12 недель, и в половине таких случаев
можно обнаружить хромосомные аномалии. В результате некоторых хромосомных
мутаций определенные гены могут оказаться вместе, и их общий эффект может
привести к появлению какого-либо «благоприятного» признака. Кроме того,
сближение некоторых генов друг с другом делает менее вероятным их
разделение в результате кроссинговера, а в случае благоприятных генов это
создает преимущество.
Генная мутация может привести к тому. Что в определенном локусе окажется
несколько аллелей. Это увеличивает как гетерозиготность данной популяции,
так и ее генофонд, и ведет к усилению внутрипопуляционной изменчивости.
Перетасовка генов как результат кроссинговера, независимого распределения,
случайного оплодотворения и мутаций может повысить непрерывную
изменчивость, но ее эволюционная роль часто оказывается преходящей, так как
возникающие при этом изменения могут быстро сгладиться вследствие
«усреднения». Что же касается генных мутаций, то некоторые из них
увеличивают дискретную изменчивость, и это может оказать на популяцию более
глубокое влияние. Большинство генных мутаций рецессивны по отношению к
«нормальному» аллелю, который, успешно выдержав отбор на протяжении многих
поколений, достиг генетического равновесия с остальным генотипом. Будучи
рецессивными, мутантные аллели могут оставаться в популяции в течение
многих поколений, пока им не удастся встретиться, т.е. оказаться в
гомозиготном состоянии и проявиться в фенотипе. Время от времени могут
возникать и доминантные мутантные аллели, которые немедленно дают
фенотипический эффект.
Глава 3. Современные возможности и задачи генетики и генной инженерии
3.1. Химеры
Широкие возможности глубже понять роль генов в дифференцировке клеток и в
регуляции взаимодействий между клетками в процессе развития дают химерные
и трансгенные животные. Развитие экспериментальных методов в последнее
время сделало возможным получать совершенно необычных животных, которые
несут гены не только одного отца и одной матери, но и большего количества
предков.
Химерные животные – это генетические мозаики, образующиеся в результате
объединения бластомеров от эмбрионов с разными генотипами. Получение таких
эмбрионов осуществляется во многих лабораториях. Принцип получения химер
сводится главным образом к выделению двух или большего числа ранних
зародышей и их слиянию. В том случае, когда в генотипе зародышей,
использованных для создания химеры есть отличия по ряду характеристик,
удается проследить судьбу клеток обоих видов. С помощью химерных мышей был,
например, решен вопрос о способе возникновения в ходе развития многоядерных
клеток попречнополосатых мышц. Изучение химерных животных позволило решить
немало трудных вопросов, и в будущем благодаря применению этого метода
появится возможность решать сложные вопросы генетики и эмбриологии.
3.2. Трансгенные организмы
Развитие генной инженерии создало принципиально новую основу для
конструирования последовательностей ДНК, нужную исследователям. Успехи в
области экспериментальной биологии позволили создать методы введения таких
искусственно созданных генов в ядра яйцеклеток или сперматозоидов. В
результате возникла возможность получения трансгенных животных, т.е.
животных, несущих в своем организме чужеродные гены.
Одним из первых примеров успешного создания трансгенных животных было
получение мышей, в геном которых был встроен гормон гена роста крысы.
Некоторые из таких трансгенных мышей росли быстро и достигали размеров,
существенно превышавших контрольных животных.
Первая в мире обезьяна с измененным генетическим кодом появилась на свет в
Америке. Самец по кличке Энди родился после того, как в яйцеклетку его
матери был внедрен ген медузы. Опыт проводился с макакой-резусом, которая
гораздо ближе по своим биологическим признакам к человеку, чем любые другие
животные, до сих пор подвергавшиеся экспериментам по генетической
модификации. Ученые говорят, что применение этого метода поможет им при
разработке новых способов лечения таких болезней, как рак груди и диабет.
Однако, как сообщает ВВС, этот эксперимент уже вызвал критику со стороны
организаций по защите животных, которые опасаются, что эти исследования
приведут к страданиям множества приматов в лабораториях.
Создание гибрида человека и свиньи. Из человеческой клетки извлекается
ядро и имплантируется в ядро яйцеклетки свиньи, которую предварительно
освободили от генетического материала животного. В результате получился
эмбрион, который прожил 32 дня, пока ученые не решили его уничтожить.
Исследования проводятся как всегда ради благородной цели: поиска лекарств
от заболеваний человека. Несмотря на то, что попытки клонировать
человеческие существа не одобряются многими учеными и даже теми, кто создал
овечку Долли, подобные эксперименты будет трудно остановить, так как
принцип техники клонирования уже известен многим лабораториям.
В настоящее время интерес к трансгенным животным очень велик. Это
объясняется двумя причинами. Во-первых, возникли широкие возможности для
изучения работы чужеродного гена в геноме организма-хозяина, в зависимости
от места его встраивания в ту или иную хромосому, а также строения
регуляторной зоны гена. Во-вторых, трансгенные сельскохозяйственные
животные могут представлять в будущем интерес для практики.
3.3. Немного о клонировании
Термин "клон" происходит от греческого слова "klon", что означает -
веточка, побег, черенок, и имеет отношение прежде всего к вегетативному
размножению. Клонирование растений черенками, почками или клубнями в
сельском хозяйстве, в частности в садоводстве, известно уже более 4-х тыс.
лет. При вегетативном размножении и при клонировании гены не распределяются
по потомкам, как в случае полового размножения, а сохраняются в полном
